淺談水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)的構(gòu)建

（武漢水務(wù)集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430000）

雖然我國(guó)在改革開(kāi)放后取得了巨大的經(jīng)濟(jì)成就，但很大部分成就是通過(guò)犧牲相關(guān)資源換取而來(lái)的。其中不少地區(qū)的水資源受到了一定程度的污染，為還人民群眾一個(gè)清潔、干凈的水質(zhì)環(huán)境，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)，是當(dāng)前環(huán)保工作的首要任務(wù)。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)的定義及作用

1.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)的定義

水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)是運(yùn)用自動(dòng)控制和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)以及電腦相關(guān)技術(shù)，通過(guò)在線自動(dòng)分析儀器中的相關(guān)分析軟件進(jìn)行分析研究，并利用通信網(wǎng)絡(luò)將分析結(jié)果進(jìn)行傳輸?shù)闹悄芑O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。相比人工監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)工作，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問(wèn)題，并迅速發(fā)出預(yù)警信號(hào)，及時(shí)跟蹤污染源頭，保證水質(zhì)管理決策的時(shí)效性。

1.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)的作用

1.2.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠持續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)水質(zhì)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程傳輸，為水質(zhì)監(jiān)管人員隨時(shí)查詢監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)提供極大便利，所以說(shuō)該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)使用效果十分良好[1]。水質(zhì)監(jiān)管人員在監(jiān)測(cè)中心控制室中能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果監(jiān)測(cè)相關(guān)儀器出現(xiàn)故障，能夠自動(dòng)提醒用戶并將故障產(chǎn)生原因通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸并顯示出來(lái)。

1.2.2 自動(dòng)預(yù)警

傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)是由人工完成，缺乏時(shí)效性，一旦發(fā)生水質(zhì)污染現(xiàn)象，很難做到及時(shí)向相關(guān)部門反饋。而水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)改變了這種被動(dòng)局面，對(duì)水質(zhì)污染問(wèn)題能夠做到及時(shí)自動(dòng)報(bào)警，并向下游可能受到污染影響的地區(qū)發(fā)出預(yù)警信息，對(duì)水利和環(huán)保相關(guān)部門提高水質(zhì)管理效果有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2.3 水質(zhì)信息共享

水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用促使水質(zhì)監(jiān)測(cè)相關(guān)部門將水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，加快污染源和環(huán)境質(zhì)量報(bào)告編制的改革，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)信息的自動(dòng)分析和計(jì)算，為在線查詢提供資源，實(shí)現(xiàn)各單位部門間的信息共享。它能夠?qū)θ饔蛩|(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)層綜合評(píng)價(jià)水環(huán)境并作出科學(xué)決策提供信息支持。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)的構(gòu)建

現(xiàn)階段，我國(guó)在多個(gè)水域建立了監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，并逐步實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。該自動(dòng)化環(huán)保系統(tǒng)有下面幾個(gè)部分構(gòu)成：

2.1 傳感器

水質(zhì)監(jiān)測(cè)最主要的設(shè)備之一就是傳感器，它通過(guò)物理或化學(xué)方法，把所要監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電流或電壓信號(hào)，然后數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取工作[2]。水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器有多種類別，從其工作原理和組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以將其分成兩種。一種是能夠?qū)⑷芙庋?、水溫、pH值、含氧量等方面的水質(zhì)參數(shù)直接轉(zhuǎn)化成信號(hào)的傳感器。還有一種是分析類儀器，它通過(guò)一定流程將采集到的水樣加入特定化學(xué)試劑，再利用離子選擇法或比色法把需要監(jiān)測(cè)的VFA、COD等方面水質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，這類儀器普遍都有自己檢測(cè)和分析功能以及固定的工作模式，既可以模擬輸出參數(shù)，也能實(shí)際輸出。

嵌入式電腦技術(shù)的發(fā)展及普及，具有信息存儲(chǔ)和采集等多種功能的集成化探頭新產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，推動(dòng)了智能化傳感器的發(fā)展。此類產(chǎn)品能夠自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、儀器清洗等諸多作業(yè)，并通過(guò)自帶數(shù)字式接口將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸出去，很大程度上方便了水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工作。但水質(zhì)監(jiān)測(cè)涉及的參數(shù)種類很多，而可靠性較強(qiáng)的傳感器產(chǎn)品種類相對(duì)缺乏，在常規(guī)監(jiān)測(cè)之外，不少參量尚需工作人員親自動(dòng)手化驗(yàn)來(lái)獲取。

2.2 自動(dòng)采樣器

自動(dòng)采樣器是用來(lái)自動(dòng)采集水質(zhì)樣品的儀器。水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員能夠?qū)ψ詣?dòng)采樣器進(jìn)行編程相關(guān)參數(shù)設(shè)置，來(lái)明確水樣采集的周期、方式等條件，同時(shí)通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)來(lái)控制水質(zhì)樣品的采集工作。水質(zhì)樣品采集好之后，自動(dòng)采樣器會(huì)將其封存，等監(jiān)測(cè)人員收取，然后在化驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行化驗(yàn)和分析，以此獲得比較可靠的相應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是用來(lái)把數(shù)個(gè)傳感器數(shù)據(jù)匯總到一塊，之后利用通訊網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)采集器能夠?qū)鞲衅鬏敵龅哪M量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，也能通過(guò)相關(guān)通信協(xié)議將傳感器輸出的數(shù)字量數(shù)據(jù)收集起來(lái)。

數(shù)據(jù)傳感器不僅要采集水質(zhì)監(jiān)測(cè)需要的相關(guān)參數(shù)，還要對(duì)電源及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為儀器維護(hù)人員提供便利，方便他們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理儀器故障。

數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)記錄功能，不但要把所采集的相關(guān)參數(shù)及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，還要將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置存儲(chǔ)器內(nèi)，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定存在。另外，可利用數(shù)據(jù)采集器對(duì)自動(dòng)采樣器的水樣采集工作進(jìn)行控制，保證監(jiān)測(cè)參數(shù)的數(shù)量充足。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的傳輸方式有很多種，一般的通信傳輸方式有以下幾種：

第一種，數(shù)據(jù)中心配有調(diào)制解調(diào)器，并與水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)化設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)連接。數(shù)據(jù)中心設(shè)定好相關(guān)時(shí)間參數(shù)，通信系統(tǒng)每隔相應(yīng)時(shí)間就會(huì)通過(guò)撥號(hào)與對(duì)應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行通信連接，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。反過(guò)來(lái)，若監(jiān)測(cè)站發(fā)現(xiàn)特殊情況，也能夠自主撥號(hào)聯(lián)系數(shù)據(jù)中心，將現(xiàn)場(chǎng)狀況匯報(bào)給數(shù)據(jù)中心。

第二種是利用移動(dòng)通信系統(tǒng)的短消息進(jìn)行無(wú)線傳輸。水質(zhì)監(jiān)測(cè)站可以根據(jù)水質(zhì)參數(shù)的發(fā)生的變化設(shè)置好時(shí)間，定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心。

第三種利用超短波無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，這種通信方式一般用在移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)法覆蓋的區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

第四種是對(duì)于上面三種通信方式無(wú)法采用的特殊區(qū)域的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，就需要利用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。

第五種是在根本沒(méi)有傳輸條件或無(wú)傳輸必要的監(jiān)測(cè)站，就通過(guò)人工方式到監(jiān)測(cè)站下載相應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)中心在采集好水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，還需要進(jìn)一步處理。首先，數(shù)據(jù)中心將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以表格或圖形的動(dòng)態(tài)形式顯示出來(lái)，工作人員能夠?qū)λ|(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行及時(shí)的了解和分析，如果監(jiān)測(cè)到的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)生超標(biāo)現(xiàn)象，數(shù)據(jù)中心智能化系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。其次，水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)后，工作人員會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，把虛假或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)剔除，然后將人工方式監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)補(bǔ)充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性。再次，數(shù)據(jù)中心會(huì)根據(jù)同一時(shí)間內(nèi)不同區(qū)域和相關(guān)條件對(duì)水質(zhì)參數(shù)的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將水環(huán)境變化的特點(diǎn)和規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。最后，數(shù)據(jù)中心會(huì)根據(jù)總結(jié)出的水環(huán)境變化規(guī)律建立數(shù)據(jù)模型，按照相關(guān)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)當(dāng)前水質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，從而制定最合理的水資源調(diào)度計(jì)劃[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化提供了技術(shù)支持，水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門及相關(guān)排污企業(yè)一定要重視水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建工作，加大資金投入，為保證水環(huán)境的安全貢獻(xiàn)力量。

[1]鄭淼淼,趙蒼榮.無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸?shù)乃|(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2012,39(1):92-94.

[2]杜曉明.多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué),2016.

[3]呂競(jìng).水環(huán)境系統(tǒng)分析中多元統(tǒng)計(jì)分析方法的應(yīng)用——以成都市地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析為例[D].四川大學(xué),2006.